【正文】 于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。而對于國內(nèi)： 今后幾年中國的焊接機器人市場將是技術(shù)不斷提高，市場迅速擴大，應(yīng)用工程項目市場競爭激烈的局面。從機器人技術(shù)發(fā)展趨勢來看，焊接機器人不斷向智能化方向發(fā)展，機器人的感覺功能將實現(xiàn)多傳感器信息的融合，控制系統(tǒng)從示教、離線編程相模糊控制發(fā)展，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機器人的群體協(xié)調(diào)和集成控制，從而達(dá)到更高的可靠性和安全性。隨著國內(nèi)機器人公司自主品牌的性價比進(jìn)一步提高，短期內(nèi)將可以達(dá)到與國外產(chǎn)品抗衡的能力。 焊接作為機械制造業(yè)中僅次于裝備加工和切削加工的第三大加工作業(yè)，對其進(jìn)行機器人柔性加工技術(shù)，及其相關(guān)控制器PC化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化的應(yīng)用研究已經(jīng)成為焊接自動化發(fā)展的必然趨勢。直角坐標(biāo)機器人，顧名思義，是能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機，屬機器人中的一種[6]。這類機器人的結(jié)構(gòu)和控制方案與機床比較類似，其到達(dá)空間的三個運動（x、y、z）是由直線運動構(gòu)成，運動方向相互垂直，這種形式的機器人的優(yōu)點是運動學(xué)模型簡單，各軸線位移分辨率在操作容積內(nèi)任一點上均為恒定，控制精度容易提高；缺點是機構(gòu)較龐大，工作空間小，操作靈活性較差。根據(jù)焊接種類的不同，焊接機器人可以分為適用于弧焊的焊接機器人和適用于點焊的焊接機器人，下表[5]是它們的比較?；『笝C器人是包括各種電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng)，而不只是一臺以規(guī)劃的速度和姿態(tài)攜帶焊槍移動的單機，因而對其性能有著特殊的要求，在弧焊作業(yè)中，焊槍應(yīng)跟蹤工件的焊道運動，并不斷填充金屬形成焊縫。一般情況下，焊接速度約取5~50mm/s，軌跡精度約為(~)mm。點焊汽車工業(yè)是點焊機器人系統(tǒng)一個典型的應(yīng)用領(lǐng)域，在裝配每臺汽車車體時，大約60%的焊點是由機器人完成。這樣，電焊機器人逐漸被要求有更全的作業(yè)性能，具體來說有：，工作空間大；；（），以便確保焊接質(zhì)量；（50~100Kg），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗；，示教簡單，節(jié)省工時；。 直線運動軸，也叫直線運動單元，它就是一個獨立的運動軸，主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)三個方向的運動。當(dāng)驅(qū)動軸的最高轉(zhuǎn)速低于600r/min時通常選用步進(jìn)電機，否則選用交流伺服電機。 控制系統(tǒng)：機器人要在一定時間內(nèi)完成特定的任務(wù)，比如每10S內(nèi)完成50mm長度的焊接任務(wù)。其數(shù)控系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量和軟件功能。 常見的幾種直角坐標(biāo)焊接機器人結(jié)構(gòu)方案 通常，直角坐標(biāo)焊接機器人的結(jié)構(gòu)形式可以分為：1) 龍門式結(jié)構(gòu)、2) 懸臂式結(jié)構(gòu)、3) 垂掛式結(jié)構(gòu)[6]，其各種結(jié)構(gòu)的特點總結(jié)如下表： 結(jié)構(gòu)形式運動簡圖組成特點適用場合龍門式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由X方向的平行導(dǎo)軌支架、Y方向的橫梁、Z方向的之間運動軸以及三個驅(qū)動電機構(gòu)成，能實現(xiàn)三個方向的直線運動該結(jié)構(gòu)的特點是每根運動軸跨度大，行程長，同時，它帶載能力也很好，其次，它的動態(tài)特性好，輕載時運行速度大；精度也不低，；它壽命長，簡單又經(jīng)濟適用于超大型、大型零部件的焊接懸臂式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由X、Y、Z三個方向的直線運動軸和三個方向的驅(qū)動電機構(gòu)成，能實現(xiàn)三個方向的直線運動該結(jié)構(gòu)的特點是占用空間小，但是運動軸的跨度和帶載能力明顯沒有龍門式結(jié)構(gòu)大，因為Y軸的伸出勢必對X軸與Y軸連接處造成一定的彎矩，Y軸伸出的長度受限于連接處所能承受的最大許用彎矩適用于中小型零部件的焊接垂掛式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與之前結(jié)構(gòu)略有不同，在Z軸和X軸上，運動軸滑塊是固定件，而導(dǎo)軌是運動件，在電機轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)軌動而滑塊不動，它僅僅能完成兩個方向的直線運動該結(jié)構(gòu)的特點是占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟性好，但是僅僅能夠滿足X軸和Z軸的運動，它X軸的運動范圍同樣是受限的，根據(jù)Z軸和X軸連接處所能承受的最大許用彎矩，我們便可以知道X軸方向的的最大行程適用于中小型零部件的焊接 根據(jù)總體技術(shù)要求，我們可以確定我們焊接機械手的結(jié)構(gòu)方案，如下圖所示：1321. 底座 圖21焊接機械手及結(jié)構(gòu)方案根據(jù)總體的工作范圍，寬1m，首先，工作范圍屬于中等大小范圍，那選擇適合中等大小范圍的懸臂式結(jié)構(gòu)和垂掛式結(jié)構(gòu)，但是，垂掛式結(jié)構(gòu)只能滿足兩軸的運動，不能滿足總體的工作范圍，故采用懸臂式結(jié)構(gòu)；但是，懸臂式結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，它的軸向跨度和帶載能力有所不足，故為了增大它的帶載能力，把懸臂式結(jié)構(gòu)X軸方向的直線運動軸導(dǎo)軌改成龍門式結(jié)構(gòu)的兩根平行導(dǎo)軌，同時，為了把整體的重心移到整機的中垂面中，把沿Z軸移動的那根運動軸如上圖中大臂布置，它通過電機帶動一根絲桿（圖中未示出）運動，絲桿螺母在絲桿的帶動下化絲桿的旋轉(zhuǎn)運動為絲桿螺母的上下運動；最后，為了滿足Y軸方向的1m的行程的同時又讓整體的中心移出中垂面太多，把Y軸方向的運動軸如上圖小臂布置，它的外殼與大臂的絲杠螺母聯(lián)接在一起，外殼內(nèi)通過滾珠絲杠副使聯(lián)接焊槍的桿伸出來完成Y軸方向1m的行程。下面一一來介紹。主要由X軸步進(jìn)電機、導(dǎo)軌、X軸滾珠絲杠、絲杠螺母、工作臺等幾大部分組成。兩根平行的的導(dǎo)軌能讓工作臺穩(wěn)定的運動，而滾珠絲杠副則能保證達(dá)到所要求的定位精度。主要由大臂外殼、兩根光桿、支架板、Z軸步進(jìn)電機和Z軸滾至絲杠組成。之所以安裝兩根光桿，是因為它能保證支架板穩(wěn)定得沿著絲杠上下移動而不會造成卡死現(xiàn)象。12345圖24直角坐標(biāo)焊接機械手小臂結(jié)構(gòu) 小臂：小臂如上圖所示。它通過步進(jìn)電機帶動滾珠絲杠副讓連接桿沿著滾珠絲杠運動，使焊槍沿著Y軸伸出、縮進(jìn)。 總體布置的基本要求如下： 通常機械系統(tǒng)工作的工藝過程包含多項作業(yè)工序，從而，保證工藝過程的連續(xù)和流暢是總體布置的最基本要求。3. 保證精度、剛度，提高抗振性及熱穩(wěn)定性 對于加工設(shè)備來說，為了保證被加工工件的精度及所需的性能指標(biāo)，總體布置時必須充分考慮精度、剛度、抗振性及熱穩(wěn)定性。，層次分明 緊湊的結(jié)構(gòu)不僅可以節(jié)省空間，減少零部件，便于安裝調(diào)試，往往還會帶來良好的造型條件。 機械產(chǎn)品投入市場后給人們的第一直覺印象式外觀造型和色彩，它是機械功能、結(jié)構(gòu)、工藝、材料和外觀形象的綜合表現(xiàn)，是科學(xué)性，藝術(shù)性與實用性的結(jié)合[1]。尺寸參數(shù)常用聯(lián)系尺寸圖示出[1]?？傮w輪廓尺寸的確定：總體輪廓尺寸如上直角坐標(biāo)焊接機械手的總裝圖所示（即圖中的總長、總高和總寬），是根據(jù)總體技術(shù)要求的工作范圍，寬1m，同時它的最大體積有個要求：長寬高小于等于2m2m3m，根據(jù)以上要求，在滿足這臺直角坐標(biāo)焊接機器人的工作范圍的同時能滿足它最大體積的要求以及國標(biāo)中對于尺寸參數(shù)的規(guī)定的要求下，這臺直角坐標(biāo)焊接機器人的尺寸參數(shù)定為：總長定為1900mm 總寬定為1200mm總高定為1700mm特性尺寸的確定：根據(jù)總體技術(shù)要求的工作范圍，其加工范圍就是即是此直角坐標(biāo)焊接機器人的特性尺寸：X軸方向工作行程：1500mmY軸方向工作行程：1000mmZ軸方向工作行程：800mm因為這個直角坐標(biāo)焊接機器人每個軸的運動都是靠電機帶動絲杠運動的，故為了滿足總體技術(shù)要求中的工作范圍，每個運動軸的絲杠兩端都留有20到40的余量。為了使機械能夠平穩(wěn)、可靠的運動，整個機構(gòu)的質(zhì)心不能過高，但是此機構(gòu)的質(zhì)心會隨著大臂帶動小臂的上升和下降而又一定的改變，平均來說，此直角坐標(biāo)焊接機器人在一般狀態(tài)下的中心高度為700mm，處于整機高度的一半位置一下，能保證機械的運動平穩(wěn)和可靠。首先，是底座與地面的連接部分，從上面直角坐標(biāo)焊接機械手的俯視圖可以很清晰地看見